Les plus grands cristaux connus de gypse se trouvent au Mexique, dans la Cueva de los Cristales, une grotte découverte en 2000 à 290 m de profondeur dans la mine de Naica (État de Chihuahua). Ses cristaux de sélénite, une variété transparente de gypse, atteignent 11 m de long et 1 m d’épaisseur. D’après l’équipe de Juan Manuel García-Ruiz, qui les a étudiés, ces dimensions dépassent de très loin celles de tous les cristaux de gypse décrits avant eux. Leur secret tient en trois mots : chaleur, stabilité et patience.
Où se trouvent les plus grands cristaux du monde ?
Dans la mine de Naica, au nord du Mexique. Jusqu’en 2000, la grotte la plus célèbre du site était la Cueva de las Espadas, la « grotte des épées », nommée ainsi pour ses cristaux de sélénite de taille métrique, décrits dès 1927. Cette année-là, des travaux d’exploration ont ouvert plusieurs cavités nouvelles à 290 m de profondeur, le long de failles secondaires. L’une d’elles, la Cueva de los Cristales, contient les poutres géantes de 11 m.
Ces cristaux sont aussi d’une transparence rare. À cette profondeur, expliquent les chercheurs, les eaux de surface riches en oxygène n’arrivaient presque pas : les cristaux contiennent donc très peu d’inclusions d’oxydes de fer ou de manganèse. Leur éclat, comparé à la lumière de la lune, a d’ailleurs donné son nom à la sélénite.
Les cristaux de Naica sont les plus grands cristaux de gypse jamais décrits : 11 m de long pour 1 m d’épaisseur.
Comment des cristaux aussi grands ont-ils pu se former ?
En 2007, Juan Manuel García-Ruiz et ses collègues ont publié l’explication dans la revue Geology, puis dans le Bulletin de la Société géologique mexicaine. Un cristal géant ne peut se former que si la solution qui le nourrit est à peine plus concentrée que nécessaire, et que cette situation dure très longtemps sans écart : au moindre écart, de nouveaux cristaux naîtraient en grand nombre au lieu de laisser grandir quelques géants.
L’étude des minuscules poches de liquide piégées dans les cristaux, les inclusions fluides, montre qu’ils ont poussé dans une eau peu salée, à environ 54 °C. Cette température est juste en dessous de celle où l’anhydrite, un autre sulfate de calcium, et le gypse sont aussi solubles l’un que l’autre. Dans cette fenêtre étroite, l’anhydrite déposée plus tôt par les fluides chauds du gisement se dissout lentement et nourrit le gypse, qui précipite. Les chercheurs parlent d’un mécanisme « autoalimenté », que leurs calculs ne valident que dans cet étroit intervalle de température.
Les géants de Naica sont nés d’une eau à 54 °C restée presque immobile, dans une fenêtre de température de quelques degrés.
Combien de temps ont-ils mis à pousser ?
Près d’un million d’années pour les plus épais. En 2011, une équipe menée par Alexander Van Driessche a mesuré en laboratoire, dans la revue PNAS, la vitesse de croissance du gypse dans les conditions de Naica. À 55 °C, ils ont relevé 1,4 × 10⁻⁵ nanomètre par seconde, la plus lente vitesse de croissance d’un cristal jamais mesurée directement, selon les auteurs. Cela fait environ 0,4 micromètre par an, soit moins d’un demi-millième de millimètre (calcul de la rédaction).
À ce rythme, une poutre de 1 m d’épaisseur demande environ 1 million d’années à 55 °C, et à peu près moitié moins à 56 °C. Les auteurs ne donnent pas d’âge unique : les cristaux ne sont pas tous nés en même temps.
Un degré de plus ou de moins change tout : à Naica, il divise par deux le temps de croissance.
Pourquoi la grotte n’existe-t-elle que grâce à la mine ?
Parce que, naturellement, elle était pleine d’eau. Pour exploiter le gisement en profondeur, la mine pompait en moyenne 55 m³ d’eau par minute, ce qui faisait descendre la nappe de 120 m de profondeur à 580 m, d’après l’article de 2007. L’article de 2011 indique que la grotte a été asséchée en 1975.
Les auteurs de 2007 soulignaient deux menaces. À court terme, les longues poutres, privées de l’eau qui les portait, commencent à fléchir et peuvent se briser. À plus long terme, si le pompage n’est pas maintenu après la fermeture de la mine, les grottes seront de nouveau noyées. Selon le mécanisme qu’ils proposent, les cristaux recommenceraient alors à grandir, mais hors de portée des générations futures.
Les plus grands cristaux du monde n’ont été visibles que parce qu’une mine asséchait leur grotte.
Des êtres vivants dormaient-ils dans les cristaux ?
C’est ce qu’a annoncé l’astrobiologiste Penelope Boston, alors directrice de l’Institut d’astrobiologie de la NASA, le 17 février 2017, lors du congrès annuel de l’Association américaine pour l’avancement des sciences. Son équipe disait avoir ranimé des microbes prélevés dans les inclusions fluides des cristaux, où ils seraient restés piégés de 10 000 à 50 000 ans. Selon le magazine Science News, le résultat n’était pas encore publié dans une revue scientifique à ce moment-là, et il devait l’être pour être confirmé.
La découverte de microbes dans les cristaux de Naica reste une annonce de congrès, à prendre avec prudence.
Existe-t-il d’autres cristaux géants ?
Oui, notamment dans des roches à très gros grains appelées pegmatites. Dans les Black Hills du Dakota du Sud, aux États-Unis, la mine d’Etta est connue pour ses grands cristaux de spodumène. L’Institut d’études géologiques des États-Unis (USGS) signale le plus grand cristal qui y ait été enregistré : une longueur visible de 47 pieds, soit environ 14,3 m, et d’autres presque aussi grands. Contrairement à ceux de Naica, ces cristaux ne se dressent pas dans le vide d’une grotte : ils sont pris dans la roche.
Pour la dureté plutôt que la taille, voyez notre classement des matériaux les plus durs.
À Naica, la taille se voit ; dans les pegmatites, les cristaux géants restent pris dans la roche.
Les cristaux géants en un tableau
| Cristal | Taille | Lieu | Source |
|---|---|---|---|
| Gypse sélénite | 11 m de long, 1 m d’épaisseur | Cueva de los Cristales, Naica (Mexique) | García-Ruiz et al., 2007 |
| Spodumène | 47 pieds visibles (environ 14,3 m) | mine d’Etta, Dakota du Sud (États-Unis) | USGS |
| Gypse sélénite | taille métrique | Cueva de las Espadas, Naica | García-Ruiz et al., 2007 |
| Mesure | Valeur | Source |
|---|---|---|
| Température de croissance à Naica | environ 54 °C | García-Ruiz et al., 2007 |
| Vitesse de croissance mesurée | 1,4 × 10⁻⁵ nm/s à 55 °C | Van Driessche et al., 2011 |
| Temps pour 1 m d’épaisseur | environ 1 million d’années à 55 °C | Van Driessche et al., 2011 |
Le record de taille et le record de lenteur appartiennent aux mêmes cristaux.
À retenir
- Les plus grands cristaux de gypse connus mesurent 11 m de long et 1 m d’épaisseur, dans la grotte des cristaux de Naica, au Mexique, découverte en 2000.
- Ils ont poussé dans une eau à environ 54 °C, dans une fenêtre de température très étroite.
- Leur croissance est la plus lente jamais mesurée : environ 1 million d’années pour une poutre de 1 m d’épaisseur.
- La grotte n’était accessible que grâce au pompage de la mine ; sans lui, elle est vouée à se remplir de nouveau d’eau.
- Des microbes piégés dans les cristaux ont été annoncés en 2017, sans publication à ce moment-là.
Ces géants ont mis près d’un million d’années à se faire, et on ne les a vus que tant qu’une mine pompait l’eau qui les avait fait naître.
Sources
- García-Ruiz J. M., Villasuso R., Ayora C., Canals A., Otálora F., « Formation of natural gypsum megacrystals in Naica, Mexico », Geology, vol. 35, n° 4, 2007 (résumé) ; version espagnole, « Formación de megacristales naturales de yeso en Naica, México », Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, vol. LIX, n° 1, 2007 (texte intégral : 11 m sur 1 m, découverte en 2000 à 290 m, environ 54 °C, mécanisme, pompage de 55 m³ par minute, risques).
- Van Driessche A. E. S. et al., « Ultraslow growth rates of giant gypsum crystals », PNAS, vol. 108, n° 38, 2011 (vitesse de croissance, environ 1 million d’années pour 1 m, grotte asséchée en 1975).
- Science News, « Microbes survived inside giant cave crystals for up to 50,000 years », 18 février 2017 (annonce de Penelope Boston au congrès de l’AAAS).
- USGS, Professional Paper 297-E, « Geology and Mineral Deposits of Some Pegmatites in the Southern Black Hills, South Dakota » (plus grand cristal de spodumène de la mine d’Etta, 47 pieds visibles).
